鈉基膨潤土防水毯在人工湖生態景觀防滲工程中的應用

車向群

(遼寧省本溪市水務事務服務中心，遼寧 本溪 117000)

1 工程概況

湖泊景觀水體作為城市生態系統的基本組成，是提升城市形象和人居環境的重要組成部分。人工湖體通常其自凈能力較差、生態系統結構也較脆弱，容易受到外界諸多不確定因素影響[1]。因此，如何讓大面積水面長期維持在一定水位，確保濕地生態具備可持續良好發展態勢，解決人工湖湖底及湖岸滲漏問題，具有非常重要的工程實踐應用研究意義[2- 3]。

金田湖工程位于柳州市雒容鎮境內，距柳州市中心33.2km，對外交通便利。根據柳州出口加工園區總體規劃，為確保人工湖生態景觀有穩定充足水源供水，結合雒容鎮主要河流分布情況，按就近補水原則，優選洛清江作為人工景觀湖長期補水水源。人工景觀湖湖面面積約2.86萬m2，正常蓄水位為88.50m，平均水深1.6m，水體約4.58萬m3。金田湖區內沉積較厚的第四系砂卵礫石夾淤泥質黏土為主的松散層，且地形封閉條件不佳，湖底及兩岸滲透性強，滲漏嚴重。為滿足金田湖湖區雨洪調蓄功能，長期維持一定蓄水水位形成有效的水面景觀，需采取合理防滲材料和防滲體系對湖區進行改造。鈉基膨潤土防水毯是將膨潤土通過針刺法、針刺覆膜法和膠黏法將其均勻織在土工膜或黏結到高密度聚乙烯板上生產的毯狀織物，遇水后膨潤土膨脹在防水毯兩面形成均勻防水層，隔絕水的入侵。膨潤土防水毯相比水泥土防滲、混凝土防滲、膜料防滲等防滲材料，不能降解散和老化等問題，具有防滲性能優異、柔韌性好、自愈功能強、施工便捷和綜合造價性價比高等優點，作為一種新型環保防滲材料，在人工景觀湖工程中的應用能兼顧防水防滲、密封隔離、水景生態和環保等要求[4- 7]。

2 防滲方案優選

金田湖湖區地基滲透性強、地形封閉條件較差，為滿足水生態景觀蓄水水位要求，必須對湖底及湖岸采取合理防滲處理。目前，水利工程中多采用混凝土防滲、水泥攪拌樁防滲墻、土工防滲膜、高噴灌漿等防滲措施。根據湖區地形地貌、地質條件及生態水循環等技術要求，設計優選水泥攪拌樁防滲墻、復合土工膜防滲和膨潤土防水毯防滲3種方案進行比選。

2.1 水泥攪拌樁防滲墻

沿人工湖四周布設一道垂直防滲體，將湖區全部包絡其中。金田湖湖區處于溶巖低洼地勢，沉積較厚第四系砂卵礫石夾淤泥質黏土為主的松散層。受巖性及裂隙影響，巖溶高度發育，湖區及四周分布著較多出水溶洞及巖溶泉。湖區地形整體封閉性不佳，地質揭露松散覆蓋層滲透系數均較大，整體透水性較強。若采用水泥攪拌樁防滲墻形成防滲帷幕，其防滲墻軸線長約2.1km，工程量較大，且松散覆蓋層防滲帷幕灌漿受地下水位變幅的影響較大，施工難度大，工期較長，綜合投資較高，故不宜采用水泥攪拌樁防滲墻進行防滲加固處理。

2.2 復合土工膜防滲

考慮到金田湖區水域面積不大且蓄水水位不高等特點，沿湖底及四周邊坡采用復合土工膜進行防滲，即：通過挖掘設備開挖至設計基面，經壓實后鋪設0.03cm厚土工膜，并在膜上澆筑15cm厚C20素混凝土防護。復合土工膜方案其優點是施工技術成熟，管理維護簡單，綜合投資效益高[8]。但土工膜施工時和后期運行中容易出現異物頂破、基礎沉降拉裂等破損問題，防滲質量和防滲效果控制難度大。同時，復合土工膜敷設后，完全割斷了湖區地下水和地表水間的水力聯系，地下水補充通道被阻斷，且土工膜為非降解材料，屬生態不友好型防滲材料[9]。

2.3 鈉基膨潤土防水毯防滲

湖底和四周邊坡采用鈉基膨潤土防水毯防滲，由于湖底基層以卵石為主，為確保防水毯防滲性能的正常發揮，在防水毯上、下各鋪設30cm和50cm厚黏土，并充分壓實。防水毯選用GCL-NP型針刺法鈉基膨潤土防水毯，即：在塑料扁絲編織土工布和非織造土工布間通過針刺填充高膨脹性鈉基膨潤土而成的毯狀防滲材料。防水毯單位面積質量≥5000g/m2，滲透系數≤5.0×10-11m/s。鈉基膨潤土防水毯既有常規土工材料基本特性，又具有優異的防滲性能，且鈉基膨潤土不影響水生植物根系生長，水生態環境影響較小，綠色環保。

將水泥攪拌樁防滲墻、復合土工膜和鈉基膨潤土防水毯3種防滲方案，從工程施工、綜合投資、運行管理、生態環境影響等方面進行綜合比較，見表1。

從表1可以看出：①水泥攪拌樁防滲墻方案，施工技術可靠、防滲耐久性好、對湖區生態環境影響也較小，但施工工作量大、難度大且工期長。防滲墻埋入地下后，質量缺陷修復難度大，綜合投資也最高；②復合土工膜防滲方案雖然綜合造價最低、防滲耐久性也較好。但其防滲施工質量控制難度大，敷設后完全阻斷區域水力聯系，屬不友好型防滲材料；③鈉基膨潤土防水毯防滲方案，具有地基適應性強，天然無機礦物近自然生態環境，防滲耐久性強。防水毯若被水生植物根系破壞后，其修復性也較強，局部破損維修方便。經技術可靠性、工程施工條件、運行檢修和投資等多方比選、論證，確定優選天然鈉基膨潤土防水毯防滲方案，滿足金田湖工程景觀水位和生態環保要求。

3 防水毯防滲方案設計

防滲方案以維系湖區水生態系統的良好循環為前提，為打造生態景觀湖面水體范圍和水深要求，金田湖湖區防滲主要由湖岸生態堤和湖底防滲兩部分組成。

3.1 湖岸生態堤設計

將湖區超挖0.5m厚，經挖填平整處理。為盡量減少棄土石渣量、實現土石挖方回用，填筑材料以開挖砂礫石為主。基礎層先鋪填30cm厚黏土，壓實后鋪設天然納基膨潤土防水毯，其上鋪填50cm厚黏土保護層，逐層鋪填壓實，具體做法如圖1所示。

3.1.1防滲結構

湖底夯實卵石基礎，建基面高程84.50～86.20m；生態景觀正常蓄水位88.50m，平均水深1.6m；堤頂高程89.50m；背水面開挖土石方回填至89.00m；堤頂平均寬5.5m，平均堤高2.6m，

表1 湖區防滲方案綜合比選

圖1 生態堤防滲結構斷面

圖2 湖底防滲結構斷面

最大堤高4.8m；迎水面和背水面堤坡均為1∶2.5。迎水面采用30cm厚夯實黏土作為基礎層，采用天然納基膨潤土防水毯作為防水層，采用50cm厚夯實黏土作為保護層，土石碴夯填壓實度≥0.92。為確保生態堤運行安全，設置DN200排水盲管進行堤頂及堤坡排水。

3.1.2填筑材料及填筑標準

湖底及邊坡開挖驗收合格后，采用振動碾進行地基夯壓實。根據SL 274—2001《碾壓式土石壩設計規范》要求，為盡量減少土石渣棄量，結合生態堤主體結構，考慮采用土石方開挖過程中清挖的砂礫石料作為堤壩填筑材料，但需清理砂礫石料中的淤泥雜質、腐殖土和表層耕植土[10]。由于堤壩特殊的生態結構，其殼料采用砂礫石料(干密度≥2.5g/cm3，相對壓實度≥0.80)或碎石黏土料(干密度為≥2.1g/cm3，壓實度≥0.92)進行夯實填筑，要求其粒徑≤300mm，≤0.075mm粒徑顆粒含量應≤15%；≥5mm粒徑顆粒含量應≥50%。填筑料壓實過程中，鋪土厚度20～30cm采用10t振動碾碾壓，速度控制在2.0km/h；鋪土厚度50～60cm采用20t振動碾碾壓，速度控制在1.5km/h。

3.2 湖底防滲設計

由于湖區特殊的巖溶特性，存在較多出水溶洞和巖溶泉，為了維持生態景觀水位，采用天然鈉基膨潤土防水毯對湖底進行全斷面防滲處理，具體做法如圖2所示。

湖底需清挖至砂礫石基礎層以下0.5m，超挖部分采用砂卵礫石壓實回填。砂礫石基礎以上分別為30cm厚黏土基礎層、天然納基膨潤土防水毯防水層、50cm厚黏土保護層和10cm厚卵石凈化層。黏土基礎層和黏土保護層其夯實度應≥85%。防水毯搭接長度應保持在30cm以上，搭接處邊緣向搭接部分延伸10cm均勻撒布或涂抹膨潤土密封粉。防水毯應以自然松弛狀態與基層貼實，陰陽轉角處、湖底岸搭接及堤頂壓接頭其搭接長度應在60cm以上。防水毯鋪設完成后應及時進行保護層施工，避免雨水或意外來水引起防水毯提前遇水膨脹。

4 結語

鈉基膨潤土防水毯作為人工湖防滲工程中一種生態環保、經濟耐用和防滲性能優越的新型防滲材料，在金田生態景觀湖防滲工程中的應用，取得很好防滲效果和生態經濟效益。

(1)湖區地形地質條件較差，地表及地下巖溶形態高度發育，水溶洞及巖溶泉較多，透水性強，滲漏嚴重。為確保人工湖生態景觀水位要求，必須采取地質適應性強、防滲效果好的防滲措施進行處理后，才具備持續穩定蓄水條件。

(2)與常規水泥攪拌樁防滲墻垂直防滲和復工土工膜防滲相比，天然鈉基膨潤土防水毯方案在地形地質適應性、生態環境影響度、運行管理和投資經濟效益等方面均較優。

(3)金田人工湖在2018年8月完成蓄水，至今湖區水位變幅不大，湖水蓄水能力較強。項目實施后，生態景觀湖水位能夠長期保持在88.50m正常蓄水位，增加水體面積約4.58萬m3，濕地面積5.23萬m3。通過水面蒸發和植物蒸騰，能達到調節氣候、涵養水源和凈化空氣等作用，營造了“康養、宜居”的“人水和諧、生態自然”的水生態水景觀水環境。